Intemationales Biiro
`WELTORGANISATION FUR GEISTIGES EIGENTUM
`PCT
`INTERNATIONALE ANMELDUNG VEROFFENTLICHT NACH DEM VERTRAG UBER DIE
`INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT AUF DEM GEBIET DES PATENTWESENS (PCT)
`
`
`
`(51) Internationale Patentklassifikation 6 ‘
`
`(11) Internationale Verfilfentlichungsnummer: WO 96/00311
`
`C22C 38/00, C211) 9/34
`
`(43) Internationales
`Verfiffentlichungsdatum:
`
`4. Januar 1996 (04.01.96)
`
`(21) Internationales Aktenzeichen:
`
`PCT/CZ95/00013
`
`(22) Internationales Anmeldedatum:
`
`26. Juni 1995 (26.06.95)
`
`(81) Bestimmungsstaaten: HU, PL, RU, SK, UA, europajsches
`Patent (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT,
`LU, MC, NL, PT, SE).
`
`(30) Prioritatsdaten:
`PV 1568-94
`
`27. Juni 1994 (27.06.94)
`
`CZ
`
`Veriiffentlicht
`Ohne internationalen Recherchenbericht und emeut zu
`vero’flentlichen nach Erhalt des Berichts.
`
`ZDB A.S.
`(71) Anmelder:
`Bohumfn (CZ).
`
`[CZ/CZ]; Bezruéova 300, 735 93
`
`(72) Erfinder: JURECEK, Jiff; Lutyné 1092, 735 53 Dolnf (CZ).
`FAJA, Rudolf; CSA 1027, 735 81 Bohumin (CZ)
`
`(74) Anwalt: PATENTSERVIS PRAHA A.S.; Jivenské 1273/1, 140
`00 Praha 4 (C2).
`
`Stunde stattfindet.
`
`(54) Title: STEEL FOR RAIL-BOUND VEHICLE WHEELS, PREFERABLY FOR RAILWAY VEHICLE WHEELS
`
`(54) Bezeichnung: STAHL EUR RADER DER SCHIENENFAHRZEUGE, VORZUGSWEISE FUR DIE RADREIFEN DER EISEN-
`- BAHNRADER
`
`(57) Abstract
`
`Steel for rail-bound vehicle wheels, preferably for railway vehicle wheels, contains besides iron 0.58 to 0.65 % by weight carbon,
`075 to 090 % by weight manganese, 0.25 to 0.40 % by weight silicon, maximum 0.008 % by weight phosphorus, maximum 0005 %
`by weight sulphur, 0.10 to 0.20 % by weight nickel, 090 to 1.10 % by weight chromium, 0.070 to 0. 150 % by weight molybdenum,
`0.070 to 0.120 % by weight vanadium, minimum 0.014 % by weight aluminium. This steel13 thermally treated'm that it is heated up to a
`temperature from 800 to 815 °C during 4 to 5 hours, is kept at this temperature during 2 hours, is cooled down during 120 to 150 seconds
`in circulating water at a temperature from 50 to 70 l’C, is tempered during 4 to 4.5 hours at a temperature from 630 to 650 °C, and is then
`finally cooled at a speed of 50 °C per hour.
`
`(57) Zusammenfassung
`
`Stahl fur Rader der Schienenfahrzeuge, vorzugsweise fur Radrcifen der Eisenbahnrader, der auBer Eisen 0,58 bis 0,65 Gew.-% der
`Kohlenstoffs, 0,75 bis 0,90 Gew.-% des Mangans, 0,25 bis 0,40 Gew.-% des Siliziums, maximal 0,008 Gew.—% des Phosphors, maximal
`0,005 Gew.-% des Schwefels, 0,10 bis 0,20 Gew.—% des Nickels, 0,90 bis 1,10 Gew.-% des Chroms, 0,070 bis 0,150 Gew.-% des Molybdens,
`0,070 bis 0,120 Gew.-% des Vanadiums, minimal 0,014 Gew.—% des Alluminiums beinhaltet und der so warmebehandelt wird, daB er nach
`Erwarmung auf eine Temperatur zwischen 800 und 815 “C wahrend 4 bis 5 Stunden und dem Aufbewahren auf dieser Temperatur ftir 2
`Stunden wahrend 120 his 150 Sekunden im zirkulierenden Wasser mit Temperatur 50 bis 70 °C gekt‘rhlt und danach wahrend 4 bis 4,5
`Stunden auf einer Temperatur zwischen 630 bis 650 I’C angelassen wird, wonach Endnachkiihlung mit der Geschwindigkeit 50 °C pro
`
`

`

`LEDIGLICH ZUR INFORMATION
`
`Codes zur Identifizierung'von PCT—Vertragsstaaten auf den Kopfbbgen der' Schriften, die intemationale
`Anmeldungen gemfiss dem PCT verbffentlichen.
`
`GA
`GB
`GE
`GN
`GR
`HU
`IE
`IT
`JP
`KE
`KG
`KP
`KR
`KZ
`LI
`LK
`LU
`LV
`MC
`MD
`MG
`ML
`MN
`
`Mauretanien
`Malawi
`Niger
`Niederlande
`, Norwegen
`Neuseeland
`Polen
`Portugal
`Rumanien
`Russische Foderation
`Sudan
`Schweden
`Slowenien
`Slowakei
`Senegal
`Tschad
`Togo
`Tadschikistan
`Trinidad und Tobago
`Ukraine
`Vereinigte Staaten von Amerika
`UsbekisLan
`
`Vietnam
`
`Gabon
`Vereinigtes KOnigrcich
`Georgien
`Guinea
`Griechenland
`Ungarn
`Irland
`Italien
`Japan
`Kenya
`Kirgisistan
`Demokratische Volksrepublik Korea
`Republik Korea
`Kasachstan
`Liechtenstein
`Sri Lanka
`Luxemburg
`Lettland
`Monaco
`Republik Moldau
`Madagaskar
`Mali
`Mongolei
`
`AT
`All
`BB
`BE
`BF
`BG
`BJ
`BR
`BY
`CA
`CF
`CG
`CH
`CI
`CM
`CN
`CS
`CZ
`DE
`DK
`ES
`FI
`FR
`
`Osterreich
`Australien
`Barbados
`Belgien
`Burkina Faso
`Bulgarien
`Benin
`BrasiIien
`Belarus
`Kanada
`Zemrale Afrikanische Republik
`Kongo
`Schweiz
`Cote d’lvoire
`Kamerun
`China
`Tschechoslowakei
`Tschechische Republik
`Deutschland
`Danemark
`Spanien
`Finnland
`Frankreich
`
`‘
`
`

`

`WO 96100311
`
`‘
`
`PCT/CZ95/00013
`
`STAHL FUR RADER DER SCHIENENFAHRZEUGE, VORZUGSWEISE FUR DIE
`
`RADREIFEN DER EISENBAHNRADER
`
`Gebiet der Technik
`
`Die Lésung betrifft die chemische Zusammensetzung des Stahls
`
`ffir Schienenfahrzeuge, vorzugsweise
`
`fur die Radreifen der
`
`Eisenbahnrader und die nachfolgende.Wérmeverarbeitung dieses
`
`Stahls, wodurch die geforderten mechanischen
`
`und metallo-
`
`grafischen Eigenschaften des Endprodukts erreicht werden.
`
`Die
`
`einzelnen Stahlqualitaten mfissen dabei die auf dieses
`
`Gebiet durch die
`
`internationalen Vorschriften gestellten
`
`Anforderungen erfullen.
`
`Stand der Technik
`
`Die Radreifen der
`
`Schienenfahrzeuge werden bisher
`
`aus
`
`Stahlen erzeugt, die auBer Eisen
`
`0,60 Gw% bis
`
`0,65 Gw% des
`
`Kohlenstoffs, 0,80 Gw% des Mangans, 0,40 Gw% des Siliziums,
`
`0,030 Gw% des Phosphors, 0,030 Gw%
`
`des Schwefels, 0,30 Gw%
`
`des Chroms, 0,30
`
`Gw% des Nickels, 0,30
`
`Gw% des Kupfers,
`
`0,080
`
`Gw% des Molybdens und
`
`0,080 Gw%
`
`des Vanadiums ent-
`
`halten, wobei alle Angaben den maximal
`
`erlaubten Gehalt an
`
`einzelnen Elementen darstellen. Methode der warmebehandlung
`
`hangt von dem Kohlenstoff— und Mangangehalt
`
`im Stahl ab.
`
`Beim Stahl mit dem Kohlenstoffgehalt maximal
`
`0,60 Gw% wird
`
`bisher die Erwarmung auf die Hartungstemperatur 820 bis 870
`
`°C durchgeffihrt, wonach Kfihlung im Wasser fur
`50 his 120
`Sekunden
`und AnlaBbehandlung
`ffir 4 bis 5 Stunden auf der
`
`

`

`WO 96100311
`
`PCT/CD5/00013
`
`Temperatur
`
`500 bis
`
`610
`
`°C
`
`folgt. stahl dieser Zusammen—
`
`setzung und Wérmebehandlung weist Festigkeitsgrenze 800 his
`
`920 MPa, Dehnbarkeit minimal 14
`auf.
`
`% und Kerbzahigkeit 15 J
`
`Beim Stahl mit dem Kohlenstoffgehalt maximal 0,65 Gw%
`
`ist
`
`die Hartungstemperatur 870 °C, Kfihlungszeit im Wasser bewegt
`
`sich zWischen 110 und 220 Sekunden und das Anlassen verlauft
`
`wahrend 4 bis 5 Stunden
`
`auf einer Temperatur
`
`zwischen 490
`
`und
`
`510
`
`oC. Dieser
`
`Stahl weist die Festigkeitsgrenze
`
`zwischen
`
`920 und
`
`1050 MPa, Dehnbarkeit minimal
`
`12 %
`
`und
`
`Kerbzahigkeit 10 J auf.
`
`Ein Nachteil dieser bisher verwendeten warmebehandelten
`
`Stahlen ist, daB sie wegen kleiner Durchhartbarkeit einen
`
`steilen Gradient der mechanischen
`
`und metallografischen
`
`Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel Unterschied zwischen
`den Materialharten 5 mm und
`35 mm tief unter der Oberflache
`
`ist 45 bis 50 HB. Bei derzeitiger Beanspruchung der Rader,
`
`d.h.
`
`bei
`
`groBen Geschwindigkeiten,
`
`groBen Achsendrficken,
`
`intensivem Bremsen, Wérmebeanspruchung usw sind die Eigen-
`schaften der bisher verwendeten Stahlen schon unbefriedi—
`
`gend.
`
`Es
`
`kommt das
`
`Abbréckeln
`
`des Materials
`
`aus
`
`dem
`
`des Radreifens vor, was die Werkstoffermfidung
`AuBenumfang
`des Materials verursacht. Mechanischer Abrieb der Rader ist
`
`und die Lebensdauer des
`groB. Das Material neigt zum Bruch
`Teils und die Betriebssicherheit werden verkurzt.
`
`Beim erhéhten Kohlenstoffgehalt
`
`in den hartbaren Stahlen
`
`fiber den Wert 0,60 Gw%
`
`und bei der Festigkeitsgrenze fiber
`
`1030 MPa erhéht sich das Risiko des Materialbruchs, was dem
`
`Sicherheitspunkt nicht entspricht
`
`und
`
`umgekehrt bei der
`
`Senkung des Kohlenstoffgehalts unter
`
`0,50
`
`Gw%
`
`und der
`
`Festigkeitsgrenze unter 850 MPa werden die Werkstoffermfidung
`
`des Materials
`
`im Kontakt
`
`und Widerstand gegen Abrieb
`
`wesentlich verringert.
`
`

`

`WO 96/00311
`
`PCT/CZ95I00013
`
`Das Wesen der Erfindung
`
`Die oben angeffihrten Nachteile der stahle fur Schienenfahr-
`
`zeugen,
`
`insbesondere der Radreifen der Eisenbahnréder werden
`
`im betrachtlichen MaBe durch einen Stahl beseitigt, der im
`
`wesentlichen darin besteht,
`
`daB er
`
`auBer Eisen
`
`0,58 bis
`
`0,65 Gw%
`
`des Kohlenstoffs, 0,75 bis 0,90 Gw% des Mangans,
`
`0,25 bis
`
`0,40
`
`Gw%
`
`des Siliziums, maximal 0,008 Gw% des
`
`Phosphors, maximal
`
`0,005 Gw% des Schwefels, 0,10 bis
`
`0,20
`
`Gw%
`
`des Nickels,
`
`0,90 bis
`
`1,10 Gw%
`
`des Chroms, 0,070 bis
`
`0,150 Gw% des Molybdens, 0,070 bis 0,120 Gw% des Vanadiums,
`
`minimal
`
`0,014 Gw%
`
`des Alluminiums beinhaltet und
`
`der so
`
`warmebehandelt wird,
`
`daB
`
`er nach
`
`Erwarmung
`
`auf
`
`eine
`
`Temperatur zwischen 800
`
`und 815 °C wahrend 4 bis 5 Stunden
`
`und
`
`dem Aufbewahren
`
`auf dieser Temperatur ffir
`
`2 Stunden
`
`wahrend 120 his 150 Sekunden
`
`im zirkulierenden Wasser mit
`
`Temperatur
`
`50 bis
`
`70 “C gekfihlt und
`
`danach wahrend 4 bis
`
`4,5 Stunden auf einer Temperatur zwischen 630 his 650 °C mit
`
`“C pro Stunde
`50
`Endnachkfihlung mit der Geschwindigkeit
`angelassen wird; Die konkrete Methode der warmebehandlung
`des Stahls hangt von der
`spezifischen chemischen Zusammen-
`
`setzung,
`
`insbesondere von
`
`dem Kohlenstof—, Mangan-, Chrom—,
`
`Molybden- und Vanadgehalt, ab.
`
`Nach der warmeverarbeitung dieses Stahls
`
`ist die resul-
`
`tierende Mikrostruktur durch Bainit
`
`und
`
`teilweise durch
`
`eutektoidisches Perlit gebildet. Ein Vorteil dieses stahls,
`
`sind seine mechanischen und metallografischen Eigenschaften,
`
`die die Kontaktermfidung des Materials
`
`und Resistenz gegen
`
`Verbrauch
`
`erhéhen, die
`
`aber gleichzeitig die Neigung
`
`zum
`
`Bruch des Materials nicht
`Lebensdauer der Teile,
`als
`
`erhéhen. Dadurch wird sowohl
`auch Sicherheit der
`ganzefi
`
`Vorrichtung, we die Rader verwendet werden, erhéht.
`
`

`

`W0 96/0031 1
`
`PCT/CZ95/00013
`
`Diese vorteilhaften Eigenschaften sind durch die Homogenitét
`der struktur
`zwischen der Materialoberfléche
`und der Mitte
`
`des Materials bestimmt. Zum Beispiel Unterschied der Hérten
`
`in den 5 mm und 35 mm Tiefen unter der Oberfléche is maximal
`
`20 HB. Die FlieBgrenze betrégt
`
`75 bis 80 % der Festigkeits-
`
`grenze, die
`
`vom Kohlenstoffgehalt im Stahl und der Wérme-
`
`bearbeitung abhéngig ist. Bei dem Kohlenstoffgehalt 0,58 bis
`
`0,62 GW% erreicht die Festigkeitsgrenze die Werten von 900
`
`bis 1000 MPa und beim Kohlenstoffgehalt 0,60 bis
`
`0,65 Gw%
`
`die Werten von
`
`980 bis
`
`1080 MPa, wobei die Kerbzéhigkeit
`
`immer minimal 20 J und die Bruchdehnung minimal 14 % sind.
`
`Ausffihrungsbeisgiele
`
`Ein Beispiel
`
`der Erfindung ist
`
`ein Stahl, der
`
`auBer Eisen
`
`noch 0,64
`
`Gw% des Kohlenstoffs, 0,81
`
`Gw% des Mangans, 0,38
`
`Gw% des Siliziums, 0,008 Gw%
`
`des Phosphors, 0,005
`
`Gw% des
`
`Schwefels, 0,12
`
`Gw% des Nickels, 1,08
`
`Gw% des Chroms, 0,08
`
`Gw%
`
`des Molybdens,
`
`0,11
`
`Gw%
`
`des Vanads,
`
`0,018 Gw% des
`
`Aluminiums beinhaltet. Dieser Stahl wird so wérmebehandelt,
`
`daB nach Erwérmung wéhrend 4 ~Stunden auf die Temperatur 800
`°C und Haltung dieser Temperatur
`ffir 2 Stunden der Stahl im
`
`zirkulirenden Wasser mit Temperatur 50 °C
`
`ffir 150 Sekunden
`
`gekflhlt und danach
`
`fur 4 Stunden auf der Temperatur 650 °C
`
`angelassen und am Ende mit der Geschwindigkeit
`
`50 °C pro
`
`Stunde nachgekfihlt wird,
`
`Dieser Stahl weist die resultierende FestigkeithrenZe 1036
`MPa, FlieBgrenze 815 MPa,‘ die Bruchdehnung 16 %, Kerbzéhig-
`keit 21 J auf und Unterschied der Hérten in den 5 mm und 35
`
`mm Tiefen unter der Oberfléche betrégt 8 HB.
`
`Der néchste Ausffihrungsbeispiel
`
`ist
`
`ein Stahl der auBer
`
`Eisen 0,60 Gw% des Kohlenstoffs,
`
`0,85 Gw% des Mangans, 0,38
`
`Gw% des Siliziums, 0,008 Gw% des Phosphors, 0,005
`
`Gw% des
`
`Schwefels, 0,12 Gw% des Nickels, 0,95 Gw% des Chroms, 0,11
`
`

`

`WO 96/00311
`
`PCT/CZ95/00013
`
`/’x
`
`Gw%
`
`des Molybdens,
`
`0,09
`
`Gw%
`
`des Vanads,
`
`0,014 Gw% des
`
`Aluminiums beinhaltet. Der Stahl
`
`ist so wérmebehandelt, daB
`
`nach Erwérmung wéhren 4,5 Stunden
`
`auf Temperatur 810 °C und
`
`nach dem Erreichen dieser Temperatur
`
`far 2 Stunden wird der
`
`Stahl im zirkulierendem Wasser mit Temperatur
`
`60 “C wéhren
`
`120 Sekunden gekfihlt und dann ffir
`
`4 Stunden auf Temperatur
`
`640 °C angelassen und dann mit der Geschwindigkeit 50 °C pro
`
`Stunde'nachgekfihlt.
`
`Dieser Stahl weist die resultierende Festigkeitsgrenze 990
`
`MPa, FlieBgrenze
`
`780 MPa, Bruchdehnung
`
`16 %, Kerbzéhigkeit
`
`22 J und Unterschied der Hérten in den 5 mm und 35 mm Tiefen
`
`unter der Oberfléche betrégt 10 HB.
`
`Industrielle Anwendbarkeit
`
`Der wérmebehandelter Stahl der oben
`
`angegebenen chemischen
`
`Zusammensetzung
`
`geméB der
`
`Erfindung eignet
`
`sich zur
`
`Herstellung der Réder der Schienenfahrzeuge;
`
`vorzugsweise
`
`fflr die Radreifen der Eisenbahnréder, das heiBt auf den Teil
`
`der Réder, der in Kontakt mit Schienen kommt.
`
`

`

`W0 96/0031 1
`
`PCT/CZ95/00013
`
`Patentanspruch
`
`Stahl fur Réder der Schienenfahrzeuge, vorzugsweise ffir die
`
`Radreifen der Eisenbahnréder, dadurch gekennzeichnet, daB er
`
`auBer Eisen 0,58 bis 0,65
`
`Gw% des Kohlenstoffs, 0,75 bis
`
`0,90 Gw%
`
`des Mangans,
`
`0,25 bis
`
`0,40 Gw% des Siliziums,
`
`maximal
`
`0,008
`
`Gw%
`
`des Phosphors, maximal
`
`0,005 Gw% des
`
`Schwefels, 0,10 bis 0,20 Gw%
`
`des Nickels, 0,90 bis 1,10 Gw%
`
`des Chroms, 0,070_ bis 0,150
`
`Gw% des Molybdens, 0,070 bis
`
`0,120 Gw%
`
`des Vanadiums, minimal 0,014
`
`Gw% des Alluminiums
`
`beinhaltet
`
`und der
`
`so wérmebehandelt wird,
`
`daB er nach
`
`Erwérmung
`
`auf
`
`eine Temperatur
`
`zwischen
`
`800
`
`und
`
`815 °C
`
`wéhrend
`
`4 bis
`
`5 Stunden
`
`und
`
`dem Aufbewahren auf dieser
`
`Temperatur
`
`fur 2 Stunden wéhrend
`
`120 his
`
`150 Sekunden im
`
`zirkulierenden Wasser mit Temperatur 50 bis 70 ”C gekfihlt
`
`und danach wéhrend 4 bis
`
`4,5 Stunden auf
`
`einer Temperatur
`
`zwischen
`
`630 his
`
`650 °C
`
`angelassen wird, wonach Endnach-
`
`kfihlung mit der
`findet.
`
`50
`
`OC
`
`prd Stunde Geschwindigkeit statt-
`
`